水準測量知識

1、2021/4/2,1,學 習 要 點,一、 高程測量概念 二、 水準測量原理 三、 水準測量的儀器及使用 四、 水準測量的方法 五、 水準測量的成果計算 六、 水準儀的檢驗和校正 七、 水準測量的誤差分析 八、 精密水準儀和精密水準尺 九、 電子水準儀簡介 十、 高程控制 十一、 三.四等水準測量方法,2021/4/2,2,1-1 高程測量概述,一、高程測量 測量地面點高程的工作 目的：獲得未知點的高程（一般是通過測出已知點和未知點之間的高差，再根據(jù)已知點的高程計算出未知點的高程） 分類：水準測量（精密高程測量）、三角高程測量（經(jīng)緯儀或電磁波測距儀）、氣壓高程測量（踏勘測量或路線勘測其精度較低

2、） 水準原點 ：直接由平均海水面測得高程的水準點,2021/4/2,3,2021/4/2,4,1、水準測量：利用水平視線來測量兩點之間的高差。此方法施測簡單，且精度較高，所以是高程測量中最主要的方法，被廣泛應(yīng)用于高程控制測量、工程勘測和各項施工測量中。 2、三角高程測量：是通過測量兩點之間的水平距離（或傾斜距離）和豎直角，然后利用三角公式計算出兩點間的高差。此方法的精度受各種條件的限制，一般只在適當?shù)臈l件下才被采用。 其他：氣壓高程測量、重力高程測量、攝影高程測量、GPS高程測量。,二、高程測量的方法,2021/4/2,5,三、水準點及其等級,水準點（Bench Mark）：通過水準測量建立的

3、高程控制點，工程上常用BM來標記，水準點頂面一般為凸起狀 水準點的等級及埋設(shè) 國家水準點分為（從高到低）一、二、三、四等四個等級，按規(guī)范要求埋設(shè)永久性標石標記。三、四等水準點一般用混凝土標石制成，深埋到地面凍結(jié)線以下，在標石的頂面設(shè)有用不銹鋼或其它不易銹蝕的材料制成的半球狀標志。 墻上水準點 圖根水準點和一些施工測量使用的水準點常采用臨時性標志,例如:木樁或牢固建筑物。,2021/4/2,6,大鐵釘打入地面，也可選取地面上突出的堅硬巖石或房屋四周水泥面、臺階等再用紅油漆標記。 水準點的位置：宜選在土質(zhì)堅硬、便于長期保存和使用方便的地點。埋設(shè)水準點后，應(yīng)繪出水準點的點之記。,（a）,（b）,20

4、21/4/2,7,基本原理 水準測量的實質(zhì)：測量兩點之間的高差。 水準測量的基本原理：,1-2 水準測量原理,2021/4/2,8,利用水準儀建立一條嚴格水平視線，配合水準尺來測定兩點間的高差，從而由已知點的高程推算出未知點的高程。 A、B兩點的高差為：(利用水準儀提供的水平視線，分別讀取A點水準尺上的讀數(shù)a和B點的讀數(shù)b ),如果A點是已知高程點，B點是待求高程點。則B點高程為:,一、高差法,2021/4/2,9,則： 高差=后視讀數(shù) - 前視讀數(shù) 觀測者站在儀器處，面向前進方向，面前所立尺為前視，背后所立尺為后視。 高差的符號 高差的正負號反映兩點的高低關(guān)系 高差的正負號又與測量前進的方向

5、有關(guān) hAB=hBA,2021/4/2,10,連續(xù)水準測量：在兩點間連續(xù)地多次安置儀器所進行的水準測量。,圖中測站：安置儀器的點（在圖中、為安置儀器點） 轉(zhuǎn)點：（Turning Point）常簡寫為：TP，是傳遞高程的點（1、2 ）。,2021/4/2,11,在轉(zhuǎn)點上先有前視讀數(shù)后有后視讀數(shù)。假設(shè)A點高程已知為HA，各測站測得的高差為hn，則有：,hAB為A、B兩點間測得的高差， 則：未知點B的高程為：,高差的計算檢核：ab=hAB 高程的計算檢核： HBHA=hAB,2021/4/2,12,二、儀高法測量,適用場合：根據(jù)一個后視點的高程同時測定多個未知點的高程。常用于縱斷面測量、土石方測量。

6、 儀高法： 儀器的視線高：Hi = HA +a 待求點高程： H B = Hi b = （HA +a）b 中間點：在測量過程中不起傳遞高程作用的高程待求點，這些點上只有一個前視讀數(shù)C, 也稱“中視讀數(shù)”。 其高程：,2021/4/2,13,如圖 中間點高程= 儀器的視線高 - 中視讀數(shù) 置鏡點：HP1 =（HA+a1）- C1 ; HP2 =（HA+a1）- C2 HTP1 =（HA+a1）- b1 置鏡 II 點：HP3 =（HTP1+a2）- C3； HP4 =（ HTP1 +a2）- C4； HTP2= （HTP1+a2）- b2；,2021/4/2,14,1-3 水準測量的儀器及其使用

7、,一、水準儀的種類 1、光學水準儀： 微傾式水準儀 ：用水準管來獲得水平視線； 自動安平水準儀：用補償器來獲得水平視線。 2、電子水準儀 二、水準儀按儀器精度分：DS0.5、DS1、DS3、DS10、DS20五個等級。D、S分別是“大地”和“水準儀”漢語拼音的第一個字母，數(shù)字0.5 、1 、3 、10 、20表示該儀器的精度（每公里往、返水準測量誤差/毫米） DS0.5 和DS1 用于精密水準測量，DS3 用于一般工程水準測量，DS10、 DS20則用于簡易水準測量。,2021/4/2,15,用干燥優(yōu)質(zhì)木材或合金制成，要求尺長穩(wěn)定，刻劃準確。 最常用的有雙面尺和塔尺兩種。 雙面尺多用于三、四等

8、及以下精度的水準測量（紅面尺底零點差為4687或4787mm，一般用于測站檢核）。 塔尺用三節(jié)或五節(jié)套接在一起，能伸縮，攜帶方便。一般尺長為5m，尺的底部為零點，尺面繪有1cm或5mm黑白相間的分格，米和分米處注有數(shù)字。,三、水準尺和尺墊,2021/4/2,16,尺墊是在轉(zhuǎn)點上放置水準尺用的，尺墊可使轉(zhuǎn)點穩(wěn)固，防止下沉。 用鋼板或鑄鐵制成，一般為三角形，中央有一突出的半球體，下方有三個尖腳。 用時把三個尖腳用力踩入土中，把水準尺立在突出的圓頂上。,尺 墊,2021/4/2,17,DS3微傾式水準儀的構(gòu)造,四、DS3微傾式水準儀的構(gòu)造及使用,2021/4/2,18,作用：它可以提供視線，并可讀

9、出遠處水準尺上的讀數(shù) 構(gòu)造：物鏡、目鏡、對光透鏡和 十字絲分劃板。 （1） 物鏡：使目標的成像落在十字絲板前后。 （2）調(diào)焦透鏡：使目標的成像與十字絲重合。 （3）目鏡：放大十字絲和目標的成像。 （4）十字絲分劃板：豎絲 是為了瞄準目標， 中絲（單絲或楔形絲）讀取讀數(shù)。 視距絲 上、下短絲，用于測距。 視準軸（即視線）：十字絲交點與物鏡光心的連線，它是水準儀的主要軸線之一。 DS3水準儀望遠鏡放大率一般為30倍。,1、望 遠 鏡,2021/4/2,19,管水準器（水準管）：反映視線是否水平，用于精平。 水準管的零點：管面上刻有間隔為2 mm的分劃線，分劃線的對稱中心O稱為零點。 水準管軸（LL

10、）：過零點與管內(nèi)壁縱向相切的直線。 當氣泡的中心點與零點重合時，稱氣泡居中，此時水準管軸位于水平位置，即視線水平。 若氣泡不居中，則水準管軸處于傾斜位置，視線不水平。,2水準器（管水準器和圓水準器）,2021/4/2,20,定義：水準管2mm的弧長所對圓心角，（即氣泡每移動一格時，水準管軸所傾斜的角值），稱為分化值。 水準管分劃值的大小反映了儀器置平精度的高低。水準管曲率半徑越大，分化值越小，則水準管靈敏度越高。 DS3 型水準管分劃值一般為20/2mm。 符合水準器 當兩半氣泡影像“符合”為圓弧時，表明管水準氣泡精確居中。這是正確讀取水準尺讀數(shù)的前提!,3、水準管分劃值,左邊氣泡影像的移動方

11、向與微傾螺旋的轉(zhuǎn)動方向一致,避免慣性使然,2021/4/2,21,圓水準器：一個封閉的圓形玻璃容器，頂面內(nèi)壁是球面，球面中央有一圓圈，圓圈圓心就是零點。 圓水準器軸：通過零點和球心的連線。 當圓水準器氣泡居中時，圓水準軸LL鉛錘、儀器豎軸VV鉛錘。 圓水準器的分劃值：氣泡中心偏離零點2mm的弧長所對圓心角的大小。 DS3水準儀圓水準器分劃值 一般為510/2mm。由于它 的精度較低，故只用于儀器 的粗略整平。,4、圓水準器：反映豎軸是否豎直，用于粗平,2021/4/2,22,5.基 座,用于整平儀器，它支撐儀器的上部，使其在水平方向上轉(zhuǎn)動，并通過連接螺旋與三腳架連接。 基座主要由軸座、腳螺旋、

12、三角壓板和底板構(gòu)成。 調(diào)節(jié)三個腳螺旋可使圓水準器的氣泡居中，即：使儀器粗略整平。,2021/4/2,23,6、DS3微傾式水準儀的使用,微傾式水準儀的使用包括：（）安置儀器、（）粗略整平、（）瞄準水準尺、（）精平與讀數(shù)等操作步驟。 1安置儀器 在測站上安置三腳架，架頭大致水平。 用連接螺旋將儀器牢固地連接在三腳架頭上。 2粗略整平（粗平） 粗平概念：用腳螺旋使圓水準器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛直，從而使視準軸粗略水平。 氣泡的移動方向：與左手大拇指（右手的食指）運動的方向一致 操作：如圖所示（腳螺旋順時針轉(zhuǎn)動該端升高，逆時針轉(zhuǎn)動該端降低，氣泡移向高處）,2021/4/2,24,操作： 氣泡未

13、居中而位于a 處，則先按圖上箭頭所指的方向用兩手相對轉(zhuǎn)動腳螺旋，使氣泡移到b的位置。 然后單獨轉(zhuǎn)動另一腳螺旋使氣泡居中。如有偏差可重復進行。,圖2-14,2021/4/2,25,6瞄準水準尺,目鏡對焦：先轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲的成像清晰。 粗略瞄準：缺口、準星、目標（尺）三點一線，制動望遠鏡。 物鏡調(diào)焦（對光）：轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)焦螺旋，使目標成像清晰則消除視差。 精確照準：轉(zhuǎn)動水平微動螺旋使目標的中心與豎絲重合（或在豎絲附近） 注意：瞄準水準尺時必須消除視差。,2021/4/2,26, 視差：觀測者的眼睛在目鏡端上下移動時，物像與十字絲間有相對運動的現(xiàn)象，叫十字絲視差，簡稱視差。 視差產(chǎn)生的原因

14、及消除的方法： 產(chǎn)生視差的原因:尺像未正確落在十字絲分劃板平面上。 消除的方法：重新調(diào)焦（物鏡）,2021/4/2,27,精平：轉(zhuǎn)動微傾螺旋使符合水準管氣泡居中（影像符合）。 讀數(shù)：用十字絲橫絲切尺上的刻劃直接讀出米、分米和厘米數(shù)，并估讀出毫米數(shù)，保證每個讀數(shù)均為四位數(shù)，即使某位數(shù)是零也不可省略。, 讀數(shù)方法： 由小到大的原則（倒像儀器時由上而下讀?。?圖中的讀數(shù)為: 1.258m。,7精平、讀數(shù)、符合,2021/4/2,28,五、自動安平水準儀,用設(shè)置在望遠鏡內(nèi)的自動補償器代替水準管而自動獲得水平視線的水準儀。 觀測時，用圓水準器使儀器粗略整平后，點觸補償器按鈕，即可直接讀取水平視線讀數(shù)。

15、 具有觀測速度快、精度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在各種等級的水準測量中。 補償器有一定的補償范圍，應(yīng)特別注意圓水準器的氣泡居中 要防止補償器貼靠周圍的部件，保證其處于正常工作狀態(tài)。,2021/4/2,29,圖示：自動安平水準儀,（ Topcon系列）,（ Leica 型）,2021/4/2,30,一、水準路線的布設(shè)形式,1-4 水準測量的方法,水準路線： 水準測量所經(jīng)過的路線。,附合水準路線,閉合水準路線,支水準路線,水準網(wǎng),2021/4/2,31,二、水準測量的施測方法,前、后視折線,2021/4/2,32,圖2-22中： 水準點A為已知點，高程為51.903 m； B為待定高程的點 ； 施測過程

16、(高差=后視-前視 hi=ai-bi),2021/4/2,33,水準測量記錄手簿（記錄、計算）,相 關(guān) 計 算,+ 8,2021/4/2,34,三、水準測量的檢核,為了保證水準測量成果的正確可靠，必須進行檢核。檢核的方法主要有以下幾種： 1. 計算檢核 2. 測站檢核 3. 成果檢核,2021/4/2,35,在每一測段結(jié)束后或手簿上每一頁之末，必須進行計算檢核。 表中: （1）a b = h 說明高差的計算是正確的。 （2）HB HA= h 說明高程的計算也是正確的。 如不相等，則計算中必有錯誤，應(yīng)進行檢查。,1計算檢核,2021/4/2,36,2.測站檢核,通常采用以下兩種方法： （1）變動

17、儀器高法：在一個測站上兩次置鏡(變動儀高0.1m)所得高差之差不超過容許值則認為符合要求，并取其平均值作為最后結(jié)果，否則，必須重測。 （2）雙面尺法 利用同一水準尺紅面與黑面兩次測得高差，扣除一對尺常數(shù)差后，較差均在容許值范圍內(nèi),則取其平均值作為該測站觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。 具體水準測量時，到底采用哪一種測站檢核方法，依據(jù)測量規(guī)范及實際情況確定。,2021/4/2,37,將整個水準路線的成果與理論值進行比較：能檢測出多個測站的累計誤差如：溫度、風力、儀器、大氣折光、尺子傾斜及轉(zhuǎn)點位置移動等誤差的影響。 方法：按水準路線的布設(shè)形式求出高差閉合差并與限差（容許誤差）比較： 高差閉

18、合差=（實測高差理論高差） 限差,3.成果檢核,2021/4/2,38, 高差閉合差的計算,其大小在一定程度上反映了測量成果的質(zhì)量； 不同路線，其閉合差計算公式不同。 （1）附合水準路線 此種布設(shè)形式可以使成果得到可靠的檢核。 高差閉合差： （2）閉合水準路線 此種布設(shè)形式亦可對成果進行可靠的檢核。 高差閉合差： （3）支水準路線 此種布設(shè)形式?jīng)]有可靠的成果檢核條件 進行往返測或兩組并行測量 往返測： 兩組并測：,2021/4/2,39, 高差閉合差容許值限差,其大小在一定程度上反映了測量成果的等級 閉合差的數(shù)值應(yīng)該在容許值范圍內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因，返工重測 高差閉合差的容許值，一般用 fh容表

19、示。如 圖根水準測量： 四等水準測量 ： 要求： 表示觀測成果滿足精度要求，可分配。 反之，應(yīng)檢查外業(yè)資料，甚至重測。,式中： L水準路線長度，以KM為單位 n為測站總數(shù),2021/4/2,40,計算出高差閉合差和容許閉合差 當實際閉合差小于限差時，對其進行調(diào)整，求出改正后的高差。 求出待定水準點的高程 （熟悉表格計算形式）,1-5 水準測量的成果計算,2021/4/2,41,一、附合水準測量路線的成果計算,按圖根水準測量的方法測得各測段的觀測高差和水準路線的長度 BMA、BMB為已知高程的水準點; BM1、BM2、BM3為待定高程的水準點。 通常采用表格計算的形式。記錄計算方式見下表,202

20、1/4/2,42,2021/4/2,43,2021/4/2,44,1.高差閉合差和限差的計算：（見上表輔助計算）可分配。,高差閉合差的調(diào)整 當閉合差在容許值范圍內(nèi)時，可把閉合差分配到各測段的高差上。 分配的原則：將閉合差反號按測站數(shù)或水準路線長度成正比分配到各測段的高差上。（各測段的改正數(shù)與測站數(shù)或水準路線的長度成正比 ） 計算各測段高差改正數(shù):(表中第6列）,或,式中: vi分配給第 i 測段高差的改正數(shù)； Li，ni第 i 測段路線的長度和測站數(shù)； L，n水準路線的總長度和總測站數(shù)。,2021/4/2,45,檢核：各段改正數(shù)的總和應(yīng)與高差閉合差的大小相等且符號相反，即 vi = - fh

21、。 例：如表中 v1= -（32/8）2.3=-9 mm 記于表中第6列相應(yīng)行中。 檢核： - 9 - 5 - 10 - 8= - 32mm（ vi = - f h ） 計算改正后高差（見表中第7列） 計算待定點高程（見表中第8列）,2021/4/2,46,二、閉合水準測量路線的成果計算,閉合水準路線可視為附合水準路線的一個特例,“閉合”高差閉合差：,“附合”高差閉合差：,三、支水準測量路線的成果計算,支水準路線（往返或兩組并測）是閉合水準路線特例（兩點） 支水準路線，應(yīng)將閉合差反號平均分配在往測和返測的實測高差上 當高差閉合差小于限差時，亦可:,hi = （hi往 hi返） 2,2021/4

22、/2,47,【例題】,在A、B 間進行往返水準測量,已知HA=53.218 m, h往=+0.165 m,h返=0.183 m,AB間路線長L=2 km, 求改正后B點的高程(按圖根水準測量精度要求計算)。,【解】,改正后返測高差：,高差閉合差：,容許高差閉合差：,改正后往測高差：,B點高程：,2021/4/2,48,檢校的時間： 購進儀器 長途運輸 項目開工 出現(xiàn)問題 檢校目的：使儀器各種軸系關(guān)系處于正常狀態(tài),1-6 水準儀的檢驗和校正,2021/4/2,49,一、微傾式水準儀的檢驗和校正,水準儀的主要軸、線： 視準軸CC 水準管軸LL 儀器豎軸VV 圓水準器軸LL 十字絲橫絲（中絲）,軸線

23、之間應(yīng)滿足的幾何條件 LLVV 橫絲VV LLCC,2021/4/2,50,1、圓水準器軸平行于儀器豎軸的檢驗和校正,目的 使LLVV ，圓水準器氣泡居中時，豎軸位于鉛垂位置。 檢驗 （1）旋轉(zhuǎn)腳螺旋使圓水準器氣泡居中 （2）將望遠鏡水平方向繞豎軸旋轉(zhuǎn)180，若氣泡仍居中，則LLVV ，若氣泡偏離，則需進行校正。,2021/4/2,51,校正 先用腳螺旋使氣泡向中央方向移動偏離量的一半； 稍松中間的固定螺絲（有的儀器無此螺絲）； 再用校正針撥動圓水準器的三個校正螺絲使氣泡居中。 重復上述的檢驗和校正，使儀器上部旋轉(zhuǎn)到任何位置氣泡都能居中為止。 最后應(yīng)注意旋緊固定螺絲。,2021/4/2,52,

24、2、十字絲橫絲垂直于儀器豎軸的檢驗和校正,目的 使橫絲VV ，當儀器粗略整平后，橫絲基本水平，用橫絲上任意位置所得讀數(shù)均相同。,檢驗 水準儀整平后，先用十字絲橫絲的一端切準一個點狀目標P ，若P點始終在橫絲上移動，說明橫絲已與豎軸垂直；若P點移動的軌跡離開了橫絲，則說明橫絲與豎軸不垂直，需要校正。,2021/4/2,53,校正 打開十字絲分劃板的護罩，可見到三個或四個分劃板的固定螺絲 松開這些固定螺絲 用手轉(zhuǎn)動十字絲分劃板座，使橫絲的另一端與目標相切。 反復試驗使橫絲的兩端都能與目標相切，則校正完成。 最后旋緊所有固定螺絲。,2021/4/2,54,3、i角誤差的檢驗和校正,i角：水準管軸和視

25、準軸在垂直面上的投影的夾角。 交叉誤差：上述兩軸在水平面上投影的夾角。在等外水準 測量中可忽略其影響 為使LLCC，兩軸在水平面和垂直面的投影都應(yīng)平行。 i角檢驗：是水準儀檢校中最重要的一項， i角檢驗目的 當水準管氣泡符合時，視準軸就處于水平位置，使讀數(shù)正確。,2021/4/2,55,a2 a2 a1,2021/4/2,56,檢驗方法： 在平坦之地選相距6080 m的A、B兩點，在兩點打入木樁 水準儀置于 I 點（ A、B兩點的中點） 用雙儀高法測得A B 兩點的高差h1=a1-b1 把將儀器搬至 II 點（距B點略大于2米） 測得A、B兩點高差h2=a2-b2 如果h2=h1，說明水準管軸

26、與視準軸平行，即i=0。如果h2h1則說明存在i角誤差： 式中 =h2-h1=a2-a2兩點所測高差之差； DABA、B兩點間的距離； 206265。 當或i角為正時，視線向上傾斜，反之向下傾斜。 對于DS3水準儀，要求i角不大于20，否則應(yīng)進行校正。,2021/4/2,57,儀器在 II 處，用微傾螺旋使遠點A的讀數(shù)從a2改變到a2= b2+ h1 。此時視準軸處于水平位置，但水準管也因隨之變動而氣泡不再符合。 用校正針撥動水準管一端的校正螺絲使氣泡符合（如下圖） 則水準管軸也處于水平位置，從而使水準管軸平行于視準軸。水準管的校正螺絲，校正時先松動左右兩校正螺絲，然后撥上下兩校正螺絲使氣泡符

27、合。撥動上下校正螺絲時，應(yīng)先松一個再緊另一個逐漸改正，當最后校正完畢時，所有校正螺絲都應(yīng)適度旋緊。以上檢驗校正要反復進行，直到i角小于20為止。,校正方法,2021/4/2,58,2021/4/2,59,4、水準管軸和視準軸交叉誤差的檢驗和校正,由于交叉誤差的影響較小，所以一般工程水準測量中可不進行此項檢驗。 對于精密水準測量，則應(yīng)進行交叉誤差的檢驗。 如果需要進行這項檢驗時，應(yīng)安排在i角檢驗校正之前進行。因為這兩項檢?；ハ嘤杏绊?，但i角的檢校最為重要，應(yīng)在最后進行。,2021/4/2,60,二、自動安平水準儀的檢驗和校正,自動安平水準儀應(yīng)滿足的條件 圓水準器軸平行儀器的豎軸； 十字絲橫絲垂直

28、豎軸； 水準儀在補償范圍內(nèi)，應(yīng)能起到補償作用； 視準軸經(jīng)過補償后應(yīng)與水平線一致。,2021/4/2,61,2、自動安平水準儀的檢驗和校正,前兩項的檢校 與微傾式水準儀的檢校方法完全相同。 第三項（補償器）的檢驗 離水準儀約50 m處豎立水準尺，儀器安置成如下位置：即使其中兩個腳螺旋的連線垂直于儀器到水準尺連線的方向； 用圓水準器整平儀器，讀取水準尺上讀數(shù)； 四種情況（豎軸向前、后、左、右傾斜）下讀數(shù)： 旋轉(zhuǎn)視線方向上的第三個腳螺旋，讓氣泡中心偏離圓水準器零點少許，使豎軸向前稍傾斜；然后再次旋轉(zhuǎn)這個腳螺旋，使氣泡中心向相反方向 重新整平儀器，用位于垂直于視線方向的兩個腳螺旋，先后使儀器向左右兩側(cè)

29、傾斜,2021/4/2,62,儀器豎軸向前后左右傾斜時所得讀數(shù)與儀器整平時所得讀數(shù)之差不超過2 mm，則可認為補償器工作正常，否則應(yīng)檢查原因或送工廠修理。,（視準軸經(jīng)過補償后應(yīng)與水平線一致）的檢校,若視準軸經(jīng)補償后不能與水平線一致，則也構(gòu)成 i角，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。 檢驗方法 與微傾式水準儀i角的檢驗方法相同 校正 校正十字絲。撥十字絲的校正螺絲，使A點的讀數(shù)從a2改變到a2。 對于DS3水準儀也應(yīng)使i角不大于20,2021/4/2,63,1-7水準測量的誤差分析,為了保證測量成果的精度，需要分析研究產(chǎn)生誤差的原因，并采取措施消除或減小誤差的影響。 主要的誤差來源： 儀器 觀測者 外界條件,202

30、1/4/2,64,一、儀器誤差,儀器校正后的殘余誤差（i角誤差 ） 此項誤差與儀器至立尺點的距離成正比。 在測量中，保持前視和后視的距離相等，可消除該項誤差。 因某種原因某一測站的前視（或后視）距離較大，那么就在下一測站上使后視（或前視）距離較大，可使誤差得到補償。 水準尺的誤差 尺長誤差 ：尺長變化、彎曲引起的誤差，通常限制彎曲度、施加改正數(shù)消除。 刻劃誤差：刻劃不準確引起的誤差，可施加改正數(shù)消除。 零點誤差：尺底的刻劃值與理論值之差，可采用偶數(shù)站或使用一根水準尺消除。,2021/4/2,65,二、觀測誤差,氣泡居中的誤差 氣泡居中的精度即水準管的靈敏度，它主要決定于水準管的分劃值。為了減小

31、氣泡居中誤差的影響，應(yīng)對視線長加以限制，觀測時應(yīng)盡量使氣泡精確地居中或符合。 讀數(shù)誤差 估讀的誤差與人眼的分辨能力、望遠鏡的放大率以及視線的長度有關(guān)。 視差影響 水準尺傾斜誤差 水準尺傾斜會使讀數(shù)增大：裝有水準器的水準尺、搖尺法可消除。,2021/4/2,66,三、外界條件的影響,儀器下沉和水準尺下沉 儀器下沉 ：“后、前、前、后”的觀測程序，可減弱其影響。 水準尺下沉 ：“往返測” 可以減弱水準尺下沉的影響。 氣候的影響 溫度的變化引起大氣折光變化造成尺像跳動； 烈日直曬儀器和大風影響水準管氣泡的整平。 盡量選擇無風的陰天進行測量,2021/4/2,67,地球曲率的影響 水準測量應(yīng)根據(jù)水準面

32、來求出兩點的高差，但視準軸是一直線，因此使讀數(shù)中含有由地球曲率引起的誤差 “p”。 P=D2 (2R) 大氣折光的影響 在一般大氣情況下，大氣折光誤差 “ ”是地球曲率誤差“p”的1/7; = D2 (14R) 地球曲率與大氣折光的共同影響 ： f = p - =0.43D2 R 若前后視距相等,該誤差可在計算高差時自行消除。,3、地球曲率和大氣折光的影響,2021/4/2,68,地球曲率與大氣折光的共同影響： f = p - = 0.43D2 R,地球曲率的影響P=D2 (2R)；大氣折光 = D2 (14R),2021/4/2,69,2021/4/2,70,1-8精密水準儀與水準尺,一、精

33、密水準儀 DS05、DS1均屬于精密水準儀，精密水準儀主要用于國家一、二等水準測量 以及建筑物沉降觀測、大型橋梁施工的高程控制、精密機械設(shè)備安裝等精密工程； 精密水準儀的構(gòu)造：與DS3水準儀基本相同，也有微傾式和自動安平式之分。 不同之處：有光學測微器進行尺讀數(shù)。,2021/4/2,71,TrimbleDiNi電子水準儀,LeicaDNA03,銦鋼尺,2021/4/2,72,二、精密水準尺,銦鋼尺，其原理就是一根用銦鋼帶尺刻劃，并按一定條件固定在尺框內(nèi)，主要用于精密水準測量。用銦鋼帶作刻劃讀數(shù)的基質(zhì)，熱膨脹系數(shù)較小，材料很貴；刻劃精度較高；固定銦鋼帶有講究，基本上是正好自由狀態(tài)，用手觸動可以感

34、覺到。綜合以上要素，銦鋼尺刻劃很嚴密，精度高，熱膨脹系數(shù)小，受外界溫度影響幾乎可以忽略（正常工作范圍內(nèi)，極限條件另論），所以，精密水準測量首選該類尺子。,2021/4/2,73,1-9電子水準儀簡介,一、電子水準儀的原理及使用 電子水準儀又稱數(shù)字水準儀。它是以自動安平水準儀為基礎(chǔ)，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測（CCD）,并采用條形碼標尺和圖像處理電子系統(tǒng)采用條形碼標尺。 電子水準儀使用：可以象普通自動安平水準儀一樣使用。 組成：望遠鏡（包括目鏡、物鏡、物鏡對光螺旋等）；整平裝置（包括圓水準器、腳螺旋等）；顯示窗；操作鍵盤（包括數(shù)字鍵和各種功能鍵）；串行接口；提手等輔助裝置。,2021/4/

35、2,74,2021/4/2,75,二、電子水準儀的特點及應(yīng)用,特點： 讀數(shù)客觀 不存在誤讀、誤記問題，沒有人為讀數(shù)誤差 精度高 速度快 測量時間與傳統(tǒng)儀器相比可以節(jié)省1/3左右 效率高 可實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化 應(yīng)用前景： 快速水準測量，其工作效率可提高3050 自動沉降監(jiān)測 機器、轉(zhuǎn)臺等的精密工業(yè)測量 儀器與計算機相連，可實現(xiàn)實時、自動的連續(xù)高程測量 標準測量、地形測量、線路測量及施工放樣等,2021/4/2,76,三、橋梁高程控制測量,作用： 建立本橋統(tǒng)一的高程基準； 高程放樣、（竣工后）橋梁墩臺垂直變形監(jiān)測之需。,一、布設(shè)形式及技術(shù)要求,水準網(wǎng),三角高程網(wǎng),高程控制網(wǎng)的主要形式是水準網(wǎng)。 按工

36、程測量技術(shù)規(guī)范規(guī)定：水準測量分為一、二、三等。 橋長 1000m： 一等水準測量(垂直位移監(jiān)測之需) 300m橋長 1000m：二等水準測量； 橋長 300m ：三等水準測量。 橋梁水準點與線路水準點連測：可低一二個等級。,2021/4/2,77,6-5高程控制測量,l 高程控制測量：主要用精密水準測量方法。 l 小區(qū)域高程控制測量： 采用三、四等水準測量、三角 高程測量。,一、 三、四等水準準測量法,三、四等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的加密方法，也可用作小區(qū)域的首級高程控制。應(yīng)由二等水準點上引測。 其水準點：可單獨埋設(shè)標石，亦可與平面控制點共用。 三、四等水準測量的外業(yè)： 和等外水準測量的外業(yè)

37、工作基本上一樣。,2021/4/2,78,（一）雙面尺法,強調(diào)兩點： 黑面為主面，紅面為輔面。一對標尺的紅面刻劃不相同，分別為4.687、4.787； 兩根標尺應(yīng)成對使用。,2021/4/2,79, 三等水準測量一個測站上的觀測順序為： l第一步：后標尺黑面，讀上、下、中三絲，讀數(shù)記錄在表6-11中(1)、(2)、(3)的位置； l第二步：前標尺的黑面，讀上、下、中三絲，讀數(shù)記錄在表6-11中(4) 、(5)、 (6)的位置： l 第三步：前標尺的紅面，只讀中絲，讀數(shù)記錄在表6-11中(7)的位置； l第四步：后標尺的紅面，也只讀中絲，讀數(shù)記錄在表6-11中(8)的位置。 上述四步共8個讀數(shù)

38、，觀測順序歸納為：后-前-前-后。 四等水準測量,精度較低， 觀測順序：后-后-前-前。,1、一個測站上的觀測順序、記錄。（表6-11）,2021/4/2,80,2. 一個測站上的計算與檢核（表6-11）,（1） 視距計算與檢核： l 后視距離 (9) = (1) (2)100； l 前視距離 (10) = (4) (5)100； l前后視距差 (11) = (9) (10)； l 視距差累計 (12)本=上一站的(12)+本站(11) l限差檢核： 三等水準：(9)和(10)即視距均小于75m， (11) 即視距差小于3m， (12) 即視距差累計小于6m； 四等水準：(9)和(10) 即視

39、距均小于100m， (11) 即視距差小于5m， (12) 即視距差累計小于10m。,2021/4/2,81,（2）同一根標尺黑、紅面零點差檢核計算：表6-11,黑面中絲讀數(shù)加紅面尺底刻劃K（4.787或4.687），減去紅面中絲讀數(shù)，理論上應(yīng)為零。但由于誤差的影響，一般不為零。 水準測量中規(guī)定： l 同一根標尺黑、紅面尺底刻劃差值的檢核計算：,2mm(三等)或3mm(四等),2021/4/2,82,（3）高差計算與檢核：表6-11,l 黑面高差： (15)=(3) (6)； l 紅面高差： (16)=(8) (7)； l 檢核 (17)=(15) (16)0.10=(14) (13) 3mm(三等)或5mm (四等) 兩根標尺尺底紅面刻劃之差為0.10， 當檢核符合要求后，計算： l 平均高差,2021/4/2,83,3. 測段計算與檢核 表6-11,測段：兩水準點之間為 。 l 測段計算與檢核的內(nèi)容包括：測段總長度、總高差和視距累差。 總長度計算：D=(9)(10)； 視距累差檢核：末站的(12)=(9) (10)。 總高差計算與檢核：,三、四等水準測量成果的計算方法與步驟同第二章等外水準測量